厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术.docx

厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术.docx

《厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术.docx（10页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术

厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术

厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术厦门翔安海底隧道不良地质段施工技术

林作雷

（福建省交通质监站,福建福州350001）

摘要:

文章总结了厦门翔安海底隧道两端陆域段不良地质段的施工技术和经验.厦门岛内五通端880ITI,翔安端10701TI,全强

风化软弱地层,长距离浅埋和超浅埋大断面暗挖,并在地下水包围之中施工的困难地段.特别是翔安端l070ITI的软弱地层中含

450Fn的富水沙层（与海通）施工十分困难.但已安全顺利通过,其技术,经验可供类似隧道施工借鉴..

关键词:

厦门翔安海底隧道;不良地质;施工技术;超浅埋;地下连续墙;深井降水中图分类号:

U453.1;U455.49文献标识码:

A文章编号:

1673—5781（2009）060858—05

1工程概况

厦门东通道（翔安海底隧道）是连接厦门岛与岛

外东部陆域翔安大道与福厦高速公路的东部出岛通

道,是我国第一条规模宏大,举世瞩目的大断面（双向

六车道）海底隧道.隧道分左右线两个行车主隧道,

中间一个服务隧道.实际上是三条并列的海底隧道.

左,右行车主隧道设计净空高度10.491m,净宽

度14.595133.在两端陆域段为V级富含水的全强风

化花岗岩和黏土,砂土,高岭士,杂填土的软弱地层,

实际开挖最大高度为12.8m,最大开挖宽度为

17.2In.隧道顶部覆盖层厚度最小的洞口段只有5m

多,大部分地段隧道顶部覆盖层厚度在5,2Om之

间系超浅埋,暗挖隧道采用矿山法施丁.

服务隧道断面小些,设计净空高度为4.051XI,宽

度6.50m.最大开挖高度7.5m,最大开挖宽度8.0In.服务隧道作为行车隧道运营时的维修通道和防灾的疏散通道,同时考虑有关市政管线的布置.其中包括双回路22万V高压输电的电缆通道和O1000mm自来水供水管道.在服务隧道预留限界以外的空间作为安装照明,供电,监控,通信等设施之用.左右行车主隧道与服务隧道之间的净距离为221TI,左右行车主隧道之间的净距为52m（图1）.该隧道除隧道两端陆域浅滩段地层软弱,地质复杂,特别是翔安端具有450m富水沙层在隧道上部及洞顶通过施工困难之外,海域段隧道在海底要穿过5条风化深槽（囊）,其地质构造复杂,含黏土,砂砾,收稿日期:

2009-02一l9;修改日期:

2009—09—30作者简介:

林作雷（1953一）,男,福建福州人,福建省交通质监站高级工程师

858《工程与建设》2009年第23卷第6期高岭土,辉绿岩脉,风化腐蚀,破碎,且富含水与海水相连通.与海底深度约35~40m,其上海深约30m,承受0.5,0.7MPa的水压力.

fcl横副向

图1厦门翔安海底隧道

2关于陆域段软弱围岩的施工技术

2.1陆域段软弱围岩（含洞口）地质及地下水情况厦门岛内五通端,含左线行车主隧道,右线行车隧道和服务隧道,不良地质段的总长度约880m,翔安端约1070m（含450Tn富水砂层）.

厦门岛内五通端陆域段隧道主要通过的地层为第四系侵人岩残积土为主,其次为上更新统冲洪积以白色基调为主的粘性土（当地称白土）和黏土质砂,少

量全新世冲坡积或海积砂土,粘性土,淤泥等,局部地段有杂填土回填不密实.

翔安端洞口及陆域浅滩段除有450m左右的富水沙层（纵向长615rn左右,横向复盖左,中,右三个洞,且已侵入隧道净孔上半断面）,该沙层与海水贯通,还有大量的具有微膨胀性的白色高岭土,无水时坚硬,有水时塑化,液化.

陆域段除第四系地层之外逐步进入全强风化花岗岩,即粉状和沙砾状的粒砂,粗砂状的全强风化层.随着隧道坡度逐步下降进入软弱围岩和硬岩的交界面,此交界面从纵向段为波浪状时起时伏,横向也时起时伏,在开挖断面上,除上软下硬反复无常外,横断面上也随时出现半边硬,半边软和软硬参差的状况,在软硬交界处,岩层裂隙水特别发育,给施工带来非常大的困难.

陆域段地质复杂,地下水发育,地下水位高.地下水的动态受气候和地形的影响外,还受地面降水和.海水潮汐涨落的影响.隧道两端洞口均在海平面以下1.5m左右.随着隧道的开挖,隧道位置降低,隧道周围逐渐在地下水的包围之中.

隧道开挖挠动地层,地下水随裂隙渗入隧道内,施工用水,洞口渗水和洞外水的影响,水是沿下坡向隧道内倒灌.隧道开挖时在掌子面的积水将岩土越泡越软,引起隧道开挖时拱顶下沉,初支变形,甚至开裂,地面沉降量大等问题.

2.2陆域段施工开挖时的防排水技术

海底隧道与山岭隧道最主要的区别也就是在施工时的防排水.山岭隧道都是人字坡或单坡,顺坡排水方便,所以山岭隧道一般是以排为主,以堵

为辅,排堵结合;而海底隧道是"V"型坡,无法顺坡排水,只能是抽排,所以应是以堵为主,以排为辅,堵排结合l1].

翔安海底隧道陆域段施工开挖时,以掌子面超前小导管进行超前预注浆堵水,开挖时先喷混凝土再架设钢格栅（或钢支撑）,再喷射防水混凝土.同时在初支背后进行注浆加固和堵水,做到开挖时以堵水为主.对开挖时掌子面仍存在的少量渗漏水应立即进行抽排,设集水坑向洞外进行逐级接力抽排.由于不良地质开挖时掌子面多为粘性土,砂质黏土,杂填土,高岭土等,开挖时地下水渗透使土质变软,液化和塑化,开挖困难,容易出现拱顶下沉,拱腰收敛变形,所以必须把掌子面堵不住的渗水抽排干.翔安海底隧道在陆域不良地质段开挖排水时,主要用真空排水的技术.主要是采用2的钢管,管壁钻孔,用纱布将带孔的钢管包括插入已用风钻钻好的孑L内,（可能成孔条件差些,只要将钢管插人渗水区域内）.钢管外端用塑料管接入真空机内,打开真空机,靠真空吸水把浸泡软地层的地下水吸入钢管内,通过真空机,排入排水管,将水排出洞外.这样对疏干掌子面的渗水起到了很好的疏干作用,使开挖能够顺利进行ElO12].2.3陆域不良地质发的施工开挖方法

翔安隧道陆域为长距离的超浅埋,浅埋暗挖法施工的大断面隧道.地质为软弱的黏土,粘质砂土,回填土,杂填土和全强风化花岗岩.在洞口段还含大量的孤石.进入海域之前有300m的软硬岩交界地段,其交界面成波浪状,时为硬岩,时为软岩,多数为上软下硬或半边软半边硬,极无规律.在软硬交界面处地下水,裂隙水极为丰富,涌水量时大时小,给施工

带来极大的困难.

左右主洞,四个洞口拱顶以上至地面的埋置深度在3,5m范围,而洞口段均系V级围岩,洞身开挖宽度达17.2m,开挖高度达12.8m,开挖断面面积达17013"1.隧道纵向坡度2.86%,2.92%,向海底为下坡.这样隧道的埋置深度在进洞500m之内,均小于隧道1倍的洞径跨度.所以该海底隧道在洞口段500m范围以内均为超浅埋和浅埋地段.加之隧道所处地质条件差,地下水丰富,隧道开挖时,防拱顶沉降,防地面沉降,防坍塌,确保隧道的施工安全非常重要.四个主隧道开挖采用CRD工法施工,把大断面变成四个小断面开挖（图2）.后来A2标将CRD法改为双侧壁导坑法把大断面变为三个小断面开挖.

图2CRD工法

《工程与建设》2009年第23卷第6期859

（1）CRD法.所谓CRD法施工,就是把大断面变为四个小断面进行分部开挖.如图分为工部,?

部,?

部,?

部.在侧压力小时,各部开挖先后顺序为I部,?

部,?

部,?

部.但在翔安海底隧道开挖的实践中证明按以上顺序开挖,侧压力大,水压力大,隧道开挖时初支变形严重,后改为I部,?

部,?

部,?

部,实践证明,此开挖顺序对于翔安海底隧道V级围岩段开挖比较好,各标段都用这种方法进行开挖.CRD方法开挖时,I部先开挖,断面最大宽度约8.6m,最大开挖高度约7m.开挖时,由于地质条件差,断面中部留核心土5m高,上窄下宽的梯形断面.先用小型挖掘机进行周边开挖,再用人工进行修

边,控制超欠挖,立即对开挖面及周边喷射混凝土,达到表面平顺,喷射混凝土厚度不小于5CiTI,用机械或人工架设钢格栅或钢支撑.加设纵向连接钢筋和双层钢筋网,二次喷射混凝土.潮喷混凝土,喷射厚度达30cm以上,使潮喷混凝土把钢格栅或钢支撑覆盖,饱满.钢格栅（钢支撑）内外保护层厚度不小于5cm..

所用潮喷混凝土等级为C25,抗渗等级为S8,但从以上现场实际配制的潮喷混凝土,28d强度已达39.7MPa,抗渗系数为S'10,满足和超过设计要求.钢支撑（钢格栅）架设完成并喷射完混凝土之后,进行小导管安设,并对小导管进行超前预注浆,OJ,导管采用2,长3.5,4.0m的无缝钢管）,以对掌子面前方拱部周边进行注浆堵水和对周边围岩的加固,为下一步开挖创造条件.特别要提醒的是,对钢支撑或钢格栅要及时连接,使工部钢支撑（钢格栅）及时封闭成环,在临时仰拱未施作之前,对两侧拱架钢支撑要在拱脚处增设锁脚锚管,并将两侧钢支撑拱脚底部用混凝土块或木块垫高,避免两侧拱脚浸泡在水中,而拱脚处的泥土在水的浸泡下变软,失去承载能力,钢支撑（钢格栅）下沉,而引起拱顶下沉,同时要尽快清理底部,安装临时仰拱,使工部及早封闭成环.同时要及时对钢支撑背面（靠岩土面）,进行回填注浆,把钢支撑（钢格栅）与岩土之间的空隙填满,防止钢支撑拱背后面的岩土下沉.当工部初期支护封闭,背后回填注浆完成后I部沉降变形结束,基本稳定.再开挖?

部仍按开挖工部的工序和工艺进行施工.?

部开挖时,除自身拱顶沉降,拱腰收敛变形外,将对I部的初支产生变形的影响,所以?

部要抓紧封

闭,防止本身变形同时防止对I部变形的影响.I860《工程与建设》2009年第23卷第6期部,?

部掌子面的间距应控制在一倍开挖孔净的范围内,即在8,10m之间.?

部和?

部的开挖工序和工艺同于工部和?

部,关键还是要尽快封闭.?

部开挖对工部和?

部初支的变形有影响.同样?

部的开挖对I部,?

部,?

部初支的变形也有影响,但影响越来越小,直到?

部封闭后,整个隧道变形得到控制.因?

部封闭后,使整个隧道断面封闭,整个隧道初支变形得到控制后,整个隧道初支变形趋于零.?

部与?

部掌子面间距控制在8,10rn,?

部和?

部的掌子面间距控制在8,10m范围内.这样I部掌子面和?

部的掌子面从施工的实践确定为30m左右为宜,便于隧道整个大断面尽早封闭,尽早稳定.从翔安隧道施工实践中得到:

工部开挖时拱顶沉降应控制在30mm范围内;II部开挖时拱顶沉降控制在15mm范围内;1I部开挖时拱顶沉降控制在10mm范围内;?

部开挖时拱顶沉降控制在5mm范围内.这样四部开挖完成,整个隧道断面封闭成环,拱顶沉降应控制在60ITml范围内.

在翔安海底隧道陆域段用CRD法施工的地段一般情况是符合以上规律的.但,如果地质条件差,地下水丰富的情况下,如软硬交界面地段,施工时没有认真按"管超前,严注浆,短进尺,快支撑,早喷填,紧封闭"的十八字方针施工,没有按"严格管理,严格纪律,严格工艺"的三严方式进行管理和施工,使拱顶沉降加大,地面沉降加大,给隧道施工安全造成危险也是有的.CRD工法施工平均月进度40rn左右,最大月进度为67rn.在厦门翔安海底隧道不良地质地段

施工中在控制拱顶沉降和初支变形方面是比较成功的施工开挖方法.

（2）双侧壁导坑法（图3）.厦门翔安海底隧道A2标段即五通端右线,洞口刚开始施工时采用的是CRD工法施工.但CRD工法施工存在着将断面分为四块,施工时存在着上下断面之间隔一层临时仰拱变为楼上楼下,人员上下要爬楼梯,且大型机械不宜在I部和?

部施工,施工工序多,进度慢的缺点.所以改用双侧洞法施工,这样将整个大断面分为三块,即左导洞,右导洞和中导洞三部分,左,右导洞可以先进,中导洞滞后,大型开挖机,喷射机和装载机,载重汽车可以直接开到掌子面进行机械化施工.但在翔安海底隧道A2标实际采用双侧洞法施工中,由于地质条件比较差,地下水发育,在开挖时侧压力比较大,开始施工时并不顺利,平均月进度全断面开挖也在40m左右.两侧导洞和中导洞在开挖时,实际上边分了台阶式开挖,各导洞仍分上半断面先开挖,立刻喷射混凝土,架设钢支撑,连接纵向钢筋,安装钢筋网,喷射混凝土.同时与CRD法一样进行钢支撑拱背后的回填注浆.为了控制拱顶沉降和拱腰收敛,同样要求小导管超前预注浆.小导管采用@42,长3.5,4m的无缝钢管,以对掌子面前方拱部周边进行超前预注浆堵水和对周边围岩进行加固,为下一步开挖创造条件.要求左右导洞初期支护及时进行封闭,预留台阶不能超过613"I,在6m范围内,初支及时封闭,左右导洞之间与中导洞掌子面之间距离不能超过10ITI,即在开挖的30Ill范围内整个隧道断面应及时封闭成环,使整个隧道初期支护处于稳定状态.在开挖过程中,同样要进行真空降水和抽排水,使掌子

面开挖时达到无水作业.同样按照"管超前,严注浆,短进尺,快支撑,早喷填,紧封闭"的十八字方针施工和"三严"管理.该施工方法在地质条件较好时,侧压力较小时才好使用,另外此施工方法在进行工序和施工方法改变时,比较麻烦,没有CRD法方便.图3双侧壁导坑-r法

3陆域浅滩富水沙层段隧道施工技术

厦门翔安海底隧道靠翔安端隧道穿越1070m的不良地质地层,其中间有纵向450m左右的富水沙层地段.该沙层纵向与海水连通,且受潮汐影响,横向该沙层覆盖左,中,右三个隧道,左,右两个主行车隧道上半断面直接在沙层中通过,服务隧道位置较低且断面较小.服务隧道拱顶距沙层底部约4,5m厚度不等.服务隧道在施工过程中层于2006年l0月10日在12km+088ITI处掌子面顶部强全风化层中间夹岩脉渗水,漏水,直到涌水.隧道顶部坍塌与沙层贯通造成大涌水涌沙.后立即采取封堵措施,经2个多月的注浆抽水才恢复开挖.原该段隧道顶部地面是渔塘,海堤和海滩,地下水十分丰富.且地层地质构造主要为第四系人工填筑层,海相沉积淤泥层,冲洪积黏土,砂,下优燕山早期黑云母全风化花岗岩（粗砂,粘状）,其中砾砂层为富含水层,地下水为承压水与海水连通.

在隧道通过沙层段范围内,纵向和横向应将沙层中的水与海水隔断,采用地下连续墙,切断地下水与海水的连通道,并在地下连续墙封闭的范围内进行深井降水,使隧道开挖通过沙层时做到无水作业.同时洞内开挖时,采取小导管超前预注浆,并对沙层掌子面进行小导管加钢筋网喷射防渗混凝

土,进行堵水.

（1）洞顶地表处理措施:

地下连续墙和深井降水相结合.地下连续墙沿左,右线主隧道外侧15m线纵向设置两条地下连续墙,与隧道纵轴线平行,纵向长度615m,横向设三道横向地下连续墙,将其纵向分为三段,分三期施作地下连续墙.地下连续墙的深度从地面到穿过沙层,进入第?

层全风化花岗岩4.0,5.0m为宜,地下连续墙的厚度为600mm,采用C25素混凝土作为地下连续墙的浇灌材料.地下连续墙与导墙搭接20cm.地下连续墙采用双轮成槽机,连续成槽,三抓成槽工艺.同时为提高施工功效,适当采用了"两钻一抓"特殊工艺成槽,基本单元槽段划分为6.5m,其拐角处最小槽段长度为2.8rn,施工顺序为利用锁口管优势连续作业.

地下连续墙将隧道顶部的沙层与海水连通的通道隔断形成防止涌水的止水帷幕.然后在封闭的地下连续墙内进行深井降水,以抽排帷幕范围内的地下水,并尽可能减小和降低隧道及附近施工区的地下水压力和渗透压力,从而保证隧道施工开挖时不会因地下水压力或渗透压力较大而产生突水和坍塌事故.特别是在沙层段施工开挖时,抽干了沙层内的地下压力水,而使在沙层段开挖时做到无水作业.实践证明,此办法是成功的,在沙层段施工时,用CRD法施工开挖,主隧道开挖每月最多开挖达67m,平均每月开挖都在55m以上.当然还要加上洞内所采取的一

些施工技术措施.

本工程所采用的深井降水为大口径管井,排水疏干,其井径为60cm,井的纵向间距为15~20Ill,井深

根据隧道及临近地下连续墙槽深设置,井深度在18~32m不等,降水井井底在沙层以下5,6rn,全风化层内,不在隧道底部.

《工程与建设》2009年第23卷第6期861

沿地下连续墙外侧设置观测井,井底标高与临近地下连续墙墙底标高齐.地下连续墙内侧利用深孔降水井作为观测井,以利于观测水位变化情况,及时掌握水位动态,比较分析地下连续墙的降水防水止水效果.

（2）翔安隧道翔安端隧道穿越富水砂层段施工开挖时洞内施工技术措施.在沙层地段开挖前首先对所要开挖面前方20m范围内的降水情况进行分析,了解水位的升降及可能的分布情况,及是否要补充降水井等措施,原则上降水井的水位必须低于沙层底面标高,才能进行开挖施工.

开挖时CRD工法I部超前必须对I部掌子面前方进行水平探孑L,并应具有防突装置,探孔长不小于10m（搭接不小于3m）,其标高原则上位于降水标高处并具有一定的外插角.做到开挖时掌子面无水,沙层稳定.

当掌子面有少量渗水,沙层不稳定,开挖易有零星坍落时,对掌子面实施超前小导管注浆,采用TSS超前小导管,长3.5m,42×3.5mm,注水泥水玻璃双液浆,每2m一个循环,搭接长度为1.5m,环向间距为20cm.

对掌子面弧形开挖面内砂层,采用喷射混凝土进行封闭,防止坍落,掉块.喷射混凝土采用C25潮喷混凝土,喷射厚度为8cm.

对掌子面正面因沙层不稳定,有坍落掉块,则采用3.5m,2×3.5mmTSS注浆小导管进行超前预注浆止水,按1.0m×1.0m梅花型布置,并在小导管端头焊接钢筋网,并对掌子面喷射混凝土C25,厚8cm,以稳定沙层开挖掌子面.

在含水沙层段施工除做好地下连续墙与海水隔断,将隧道沙层段封闭在地下连续墙内进行地面深井降水外,再做好洞内小导管超前注浆加固,加钢筋网喷射混凝土,对掌子面和开挖周边进行封闭,取得了比较好的效果,进度比较快,施工安全,质量得到了保证.但考虑到地面降水,只是为了开挖能安全通过,只是临时性措施,待开挖通过后,降水井停止抽水时,地下水位回升,将对初支造成威胁,所以开挖通过以后,对初支背后要进行注浆加固,使初期支护做到不渗不漏.

过富水沙层段的开挖方法仍然用CRD法进行开挖,仍然按"管超前,严注浆,短进尺,快支撑,早喷填,紧封闭"的十八字方针施工,特别增加了钢筋网和喷862《工程与建设》2009年第23卷第6期射混凝土封闭掌子面和周边沙层,防止坍塌掉块,更重要的是降水,排水和堵水,做到无水作业.4结束语

翔安海底隧道两端陆域不良地质段（不含海底段的五条风化深槽）大断面浅埋和超浅埋暗挖法的施工已先后于2008年上半年安全顺利施工完成.特别值得一提的是两端陆域段地质条件比较差,洞口段基本在杂填土,沙质黏土,高岭土的覆盖下,进洞就在海平面以下,逐渐以3%左右的坡度向海底倾斜,隧道口进洞开挖就在地下水和海水渗水的包围之中,该土质

遇水软化,液化,施工特别困难,又是大断面,长距离

的浅埋和超浅埋暗挖法施工.如何控制开挖过程中

的拱顶下沉,拱腰收敛和地面沉降,初支变形,确保不

塌方,不涌水,确保施工安全成为施工的主要技术

难关.

目前整个隧道施工已全面进入海底段,陆域不良

地质段已全部安全顺利通,未出现过任何安全质量事

故,是比较成功的,可给以后的类似隧道工程施工以

借鉴.

[参考文献]

[1]吕明,GrqvE,NilsenB,等.挪威海底隧道经验EJ].岩石力学

与工程,2005,24（23）:

4219—4225.

[2]王梦恕,皇甫明.海底隧道修建中的关键问题[J].建筑科学与工程,2005,22（4）:

1—4.

[3]孙均.海底隧道工程设计施工若干关键技术的商榷[J].岩石

力学与工程,2006,25（8）:

1513—1521.

[4]李术才,徐帮树,李树忱.海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究EJ].岩石力学与工程,2005,24（21）:

3894--3902.[5]王建宇.再谈隧道衬砌水压力[J].现代隧道技术,2003,40（3）:

5—10.

[6]王秀英,王梦恕,张弥.计算隧道排水量及衬砌外水压力的一

种简化方法_J].北方交通大学,2004,28

（1）:

8,1O.

[7]KitamuraA.TechnicaldevelopmentfortheSeikanTunnel[J].

TunnellingandUndergroundSpaceTechnology,1986,?

（3/4）:

341—349.

r8]DahlqtS,Nilsen13.Stabilityandrockcover0fhardroeksubsea

runnels[J].TunnellingandUndergroundSpeaceTechnology,

1994,9

（2）:

15l—l58.

[9]Paln'lstromA.Thechallengeofsubseatunneling[J].Tunnelling

andUndergroundSpaceTechnology,1994,9

（2）:

145—150.[1O]J丁IO42一】994,公路隧道施工技术规范[SJ.[11]TB10204--2002,J163--2002,铁路隧道施工规范[S].[12]TB10108—2002,J159—2002,铁路隧道喷锚构筑法技术规范fis].